CN114854993A - 一种耐海水腐蚀高强度不锈钢电渣重熔渣系 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种耐海水腐蚀高强度不锈钢电渣重熔渣系，该渣系各组分的重量百分比为：CaF2 25‑30％；MgF2 20‑30％；Al2O3 20.01‑25.0％；CaO 20.01‑25.0％；SiO2 0.1‑0.99％；杂质总量<0.8％。采用本发明所述电渣重熔渣系，通过调整氧化物含量配比，获得最佳的渣电导率、粘度及碱度，重熔后得到的不锈钢锭氮含量稳定可控、硫磷含量低、非金属夹杂物少、纯度提高，极大地改善不锈钢的内部组织，有助于不锈钢获得优良的耐腐蚀性能和力学性能。
Description
技术领域
本发明涉及不锈钢冶炼领域，特别涉及一种耐海水腐蚀高强度不锈钢电渣重熔渣系。
背景技术
海洋占地球表面积的71％，具有丰富的各种资源，海洋资源的开采和利用中，不锈钢发挥着重要作用。随着深海资源开发的不断发展，对高强度、耐腐蚀的不锈钢需求越来越大。
常用的不锈钢中奥氏体不锈钢具有良好的抗海水腐蚀能力，但其强度过低而影响其使用，如屈服强度小于300Mpa的铁素体不锈钢的强度过低；马氏体不锈钢虽强度高，但耐腐蚀性能较差，因而使用受到限制；奥氏体不锈钢中加热氮，可有效提高其合金强度，但由于氮活度较高，在合金中溶解度有限，进行电渣重熔过程中，而且氮含量控制不稳定，影响了不锈钢的强度及性能，并且由于电渣重熔渣系选择不当造成不锈钢中杂质元素偏高，对其加工性能、成品力学性能和耐腐蚀性能等产生不利影响，严重恶化材料力学性能和耐腐蚀性能，严重制约着该不锈钢工业推广应用。
因此，如何配置一种用于耐海水腐蚀高强度不锈钢的电渣重熔渣系，使经电渣重熔的合金纯度高、非金属夹杂物少、化学成分可控、耐腐蚀及力学性能优异，是本领域技术人员亟待解决的问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种耐海水腐蚀高强度不锈钢的电渣重熔渣系，采用本发明所述电渣重熔渣系，通过调整氧化物含量配比，获得最佳的渣电导率、粘度及碱度，重熔后得到的不锈钢锭氮含量稳定可控、硫磷含量低、非金属夹杂物少、纯度提高，极大地改善不锈钢的内部组织，有助于不锈钢获得优良的耐腐蚀性能和力学性能。
本发明的技术方案是：
耐海水腐蚀高强度不锈钢电渣重熔渣系，该渣系各组分的重量百分含量为：
CaF2 25-30％；MgF2 20-30％；A2O3 20.01-25.0％；CaO 20.01-25.0％；SO2 0.1-0.99％；杂质总量<0.8％。
较好的技术方案是，所述重熔渣系各组分的重量百分含量为：
CaF2 25.0-30.0％；MgF2 22.0-28.0％；A2O3 21.0-24.0％；CaO 21.0-24.0％；SiO20.2-0.8％；杂质总量<0.8％。
较好的技术方案是，所述重熔渣系各组分的重量百分含量为：
CaF2 26.0-29.0％；MgF2 23.0-25.0％；A2O3 21.0-24.0％；CaO 21.0-24.0％；SiO20.25-0.45％；杂质总量≤0.45％。
所述杂质包含MnO、TiO2、CaO、FeO，其中其中MnO≤0.1％，TiO2≤0.15％，FeO≤0.2％。
相对于传统渣系(如CaF2-Al2O3渣系、CaF2-CaO-Al2O3三元渣系、CaF2-CaO-Al2O3-MgO四元渣系)，本发明提供的电渣重熔渣系具有以下优点：
本发明电渣重熔渣系中含MgF2，可降低渣的液线温度，改善流动性，流动性的渣才能保证高温下渣池热对流，使铸锭径向温度均匀，利于去气脱硫等物化反应的进行，利于形成薄渣皮，提高铸锭表面质量。如果MgF2含量低于22％，则起不到上述作用；但MgF2含量过高(超过28％)，就会造成渣系的熔点及粘度过低，引起电导率过高，从而引起夹杂物去除效果降低。因此MgF2含量控制在22.0-28.0％之间。
本发明所述电渣重熔渣系中添加组分SiO2，可降低渣系的熔点，提高渣系的高温塑性，并改变重熔电渣钢锭中夹杂物的形态，由铝酸盐夹杂变为硅酸盐夹杂，降低了有害夹杂物，增强电渣重熔钢锭后续的可加工性能。电渣重熔渣系中加入CaO将增大渣的碱度，提高脱硫效率，极大地降低了不锈钢中有害的硫化物，改善了钢的纯洁度，提高了不锈钢的综合性能。如果SiO2含量过少，则起不到上述作用；但含量过高(超过0.8％)，就会与渣中的CaF2发生反应，从而造成渣系不稳定，而且还会引起不锈钢中SiO2含量增加，从而降低不锈钢的纯洁度。因此SiO2含量为控制在0.2-0.8％之间。
本发明所述电渣重熔渣系在重熔耐海水腐蚀高强度不锈钢时，渣池内部与外界气体隔离，有效控制了钢中氮含量的稳定，并降低重熔电渣钢锭中元素硫、磷的含量，有效提高电渣重熔钢锭表面及内部质量。
通过渣料配比调整并改善渣的表面张力、粘度及电导率，有效降低重熔电渣钢锭中夹杂物的含量，避免重熔电渣钢锭中氮的大幅变化，重熔电渣钢锭的纯净度高，质量良好。
本发明所述渣系，用于电渣重熔得到的钢锭中氮含量高切稳定可控，电渣重熔钢锭纯净度高，力学及耐海水腐蚀性能优异，后续的可加工性能良好。
本发明所用CaF2、MgF2、Al2O3、CaO、SiO2均为纯度为99.5％的市售产品。
采用所述渣系制备出的不锈钢，提高了钢的纯度，有效控制了合金中氮的含量，减少了有害杂质元素，大大改善不锈钢的冷热加工性能及成材率，并获得优异的力学性能和耐腐蚀性能，申请人实验结果表明，所得不锈钢的室温拉伸断裂强度为820-865MPa，屈服强度为470-485MPa，断裂延伸率为40-45％。
本发明所述不锈钢可广泛应用于海洋舰艇关键材料、深海海洋资源开采、石油工业开发零部件等方面；此外还可以用作汽车、一般器械工程等方面，是替换300系列不锈钢的最佳候选材料之一。
具体实施方式
实施例1
1)自熔电极棒的制备
取表1各组分，总重31kg，采用真空感应熔炼并浇注制备成φ100mm的耐海水腐蚀高强度不锈钢自熔电极棒。
表1耐海水腐蚀不锈钢的成分配比wt％
| C | Si | Mn | N | Cu | Mo | Cr | Ni | Fe |
| 0.025 | 0.66 | 0.23 | 0.32 | 1.81 | 5.50 | 21.40 | 24.27 | 余量 |
2)配置电渣重熔渣系
称取CaF2 1.70kg、MgF2 1.48kg、Al2O3 1.40kg、CaO 1.40kg、SiO2 0.020kg，其中杂质含量小于0.8％，杂质为不可避免的杂质，包括MnO、TiO2、FeO，其中MnO≤0.1％，TiO2≤0.15％，FeO≤0.2％，配置成总重为6kg的电渣重熔渣系。
3)电渣重熔
将配置好的电渣重熔渣料在搅拌机内搅拌45min混合均匀，在840℃条件下烘烤4小时后，用石墨电极棒化渣，至渣料熔融状态后倒入直径为170mm的结晶器中。采用单立柱单臂电渣炉，将真空感应熔炼制得的耐海水腐蚀不锈钢自熔电极棒***熔融的渣料中，通电起弧，调整熔炼电压37V，电流3600A。自熔电极棒受电阻热作用缓慢下降并熔化，熔化后的自熔电极棒液滴穿过熔融的渣料，在结晶器底部重新结晶得电渣锭，熔炼完毕前，热补缩5次，制备得到φ170mm电渣重熔钢锭。
制备得到的电渣重熔钢锭按GB/T 223标准进行成分分析测试，电渣重熔钢锭氮含量为0.32％，不锈钢棒材S含量为0.0017％、P含量为0.0055％，达到了提纯和改善力学性能及耐海水腐蚀性能的目的。电渣重熔钢锭表面质量良好，纯净度高。该不锈钢钢锭经1140℃温度下加热保温1h，锻造开坯成75×75mm方坯，方坯经1140℃温度下加热保温1h，热轧成Φ35mm圆棒，并经1080℃固溶处理65min。
经固溶处理后的圆棒采用GB/T 228进行力学性能测试，其室温拉伸断裂强度为820MPa，屈服强度为470MPa，断裂延伸率为43％。应用于海洋舰艇关键材料、深海海洋资源开采、石油工业开发零部件等方面。此外还可以用作汽车、一般器械工程等方面，是替换300系列不锈钢的最佳候选材料之一。
实施例2
1)自熔电极棒的制备
取表2各组分，总重31kg，采用真空感应熔炼并浇注制备成φ100mm的耐海水腐蚀不锈钢自熔电极棒。
表2耐海水腐蚀不锈钢合金的成分配比wt％
| C | Si | Mn | N | Cu | Mo | Cr | Ni | Fe |
| 0.023 | 0.67 | 0.17 | 0.35 | 1.83 | 5.54 | 21.20 | 24.43 | 余量 |
2)配置电渣重熔渣系
称取CaF2 1.70kg、MgF2 1.57kg、Al2O3 1.30kg、CaO 1.30kg、SiO2 0.030kg，其中杂质含量小于0.8％，杂质为不可避免的杂质，包括MnO、TiO2、FeO，其中MnO≤0.1％，TiO2≤0.15％，FeO≤0.2％，配置成总重为6kg的电渣重熔渣系。
3)电渣重熔
将配置好的电渣重熔渣料在搅拌机内搅拌55min混合均匀，在840℃条件下烘烤5小时后，用石墨电极棒化渣，至渣料熔融状态后倒入直径为170mm的结晶器中。采用单立柱单臂电渣炉，将真空感应熔炼制得的耐海水腐蚀不锈钢自熔电极棒***熔融的渣料中，通电起弧，调整熔炼电压35V，电流3800A。自熔电极棒受电阻热作用缓慢下降并熔化，熔化后的自熔电极棒液滴穿过熔融的渣料，在结晶器底部重新结晶得电渣锭，熔炼完毕前，热补缩5次，制备得到φ170mm电渣重熔钢锭。
制备得到的电渣重熔钢锭经测试，电渣重熔钢锭氮含量为0.34％，不锈钢棒材S含量为0.0020％、P含量为0.0047％，达到了提纯和改善力学性能及耐海水腐蚀性能的目的。电渣重熔钢锭表面质量良好，纯净度高。该不锈钢钢锭经1140℃温度下加热保温1h，锻造开坯成75×75mm方坯，方坯经1140℃温度下加热保温1h，热轧成Φ35mm圆棒，并经1080℃固溶处理65min。
经固溶处理后的圆棒采用GB/T 228进行力学性能测试，其室温拉伸断裂强度为835MPa，屈服强度为475MPa，断裂延伸率为45％。可应用于海洋舰艇关键材料、深海海洋资源开采、石油工业开发零部件等方面。
实施例3
1)自熔电极棒的制备
取表4各组分，总重31kg，采用真空感应熔炼并浇注制备成φ100mm的耐海水腐蚀不锈钢自熔电极棒。
表4耐海水腐蚀不锈钢合金的成分配比wt％
| C | Si | Mn | N | Cu | Mo | Cr | Ni | Fe |
| 0.022 | 0.67 | 0.11 | 0.31 | 1.56 | 5.24 | 21.89 | 24.55 | 余量 |
2)配置电渣重熔渣系
称取CaF2 1.75kg、MgF2 1.52kg、Al2O3 1.35kg、CaO 1.34kg、SiO2 0.04kg，其中杂质含量小于0.8％，杂质为不可避免的杂质，包括MnO、TiO2、FeO，其中MnO≤0.1％，TiO2≤0.15％，FeO≤0.2％，配置成总重为6kg的电渣重熔渣系。
3)电渣重熔
将配置好的电渣重熔渣料在搅拌机内搅拌30min混合均匀，在840℃条件下烘烤6小时后，用石墨电极棒化渣，至渣料熔融状态后倒入直径为170mm的结晶器中。采用单立柱单臂电渣炉，将真空感应熔炼制得的耐海水腐蚀不锈钢自熔电极棒***熔融的渣料中，通电起弧，调整熔炼电压37V，电流3900A。自熔电极棒受电阻热作用缓慢下降并熔化，熔化后的自熔电极棒液滴穿过熔融的渣料，在结晶器底部重新结晶得电渣锭，熔炼完毕前，热补缩5次，制备得到φ170mm电渣重熔钢锭。
制备得到的电渣重熔钢锭经测试，电渣重熔钢锭氮含量为0.30％，不锈钢棒材S含量为0.0023％、P含量为0.0039％，达到了提纯和改善力学性能及耐海水腐蚀性能的目的。电渣重熔钢锭表面质量良好，纯净度高。该不锈钢钢锭经1140℃温度下加热保温1h，锻造开坯成75×75mm方坯，方坯经1140℃温度下加热保温1h，热轧成Φ35mm圆棒，并经1080℃固溶处理65min。
经固溶处理后的圆棒采用GB/T 228进行力学性能测试，其室温拉伸断裂强度为850MPa，屈服强度为485MPa，断裂延伸率为40％。应用于海洋舰艇关键材料、深海海洋资源开采、石油工业开发零部件等方面。
实施例4
1)自熔电极棒的制备
取表3各组分，总重31kg，采用真空感应熔炼并浇注制备成φ100mm的耐海水腐蚀不锈钢自熔电极棒。
表3耐海水腐蚀不锈钢合金的成分配比wt％
| C | Si | Mn | N | Cu | Mo | Cr | Ni | Fe |
| 0.022 | 0.64 | 0.15 | 0.34 | 1.88 | 5.33 | 21.54 | 24.19 | 余量 |
2)配置电渣重熔渣系
称取CaF2 1.70kg、MgF2 1.62kg、Al2O3 1.32kg、CaO 1.32kg、SiO2 0.04kg，其中杂质含量小于0.8％，杂质为不可避免的杂质，包括MnO、TiO2、FeO，其中MnO≤0.1％，TiO2≤0.15％，FeO≤0.2％，配置成总重为6kg的电渣重熔渣系。
3)电渣重熔
将配置好的电渣重熔渣料在搅拌机内搅拌30min混合均匀，在840℃条件下烘烤6小时后，用石墨电极棒化渣，至渣料熔融状态后倒入直径为170mm的结晶器中。采用单立柱单臂电渣炉，将真空感应熔炼制得的耐海水腐蚀不锈钢自熔电极棒***熔融的渣料中，通电起弧，调整熔炼电压36V，电流3700A。自熔电极棒受电阻热作用缓慢下降并熔化，熔化后的自熔电极棒液滴穿过熔融的渣料，在结晶器底部重新结晶得电渣锭，熔炼完毕前，热补缩5次，制备得到φ170mm电渣重熔钢锭。
制备得到的电渣重熔钢锭经测试，电渣重熔钢锭氮含量为0.34％，不锈钢棒材S含量为0.0020％、P含量为0.0036％，达到了提纯和改善力学性能及耐海水腐蚀性能的目的。电渣重熔钢锭表面质量良好，纯净度高。该不锈钢钢锭经1140℃温度下加热保温1h，锻造开坯成75×75mm方坯，方坯经1140℃温度下加热保温1h，热轧成Φ35mm圆棒，并经1080℃固溶处理65min，
经固溶处理后的圆棒采用GB/T 228进行力学性能测试，其室温拉伸断裂强度为865MPa，屈服强度为475MPa，断裂延伸率为43％。应用于海洋舰艇关键材料、深海海洋资源开采、石油工业开发零部件等方面。
Claims (4)
1.一种耐海水腐蚀高强度不锈钢电渣重熔渣系，其特征在于，该渣系各组分的重量百分含量为：
CaF2 25-30％；MgF2 20-30％；Al2O3 20.01-25.0％；CaO 20.01-25.0％；SiO2 0.1-0.99％；杂质总量<0.8％。
2.根据权利要求1所述的电渣重熔渣系，其特征在于，该渣系各组分的重量百分含量为：
CaF2 25.0-30.0％；MgF2 22.0-28.0％；A2O3 21.0-24.0％；CaO 21.0-24.0％；SiO20.2-0.8％；杂质总量<0.8％。
3.根据权利要求1所述的电渣重熔渣系，其特征在于，该渣系各组分的重量百分含量为：
CaF2 26.0-29.0％；MgF2 23.0-25.0％；A2O3 21.0-24.0％；CaO 21.0-24.0％；SiO20.25-0.45％；杂质总量≤0.45％。
4.根据权利要求1-3任一所述的电渣重熔渣系，其特征在于，所述杂质为MnO、TiO2、FeO，其中MnO≤0.1％，TiO2≤0.15％，FeO≤0.2％。
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2022
- 2022-03-30 CN CN202210338770.1A patent/CN114854993A/zh active Pending
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